Лабораторные. Лабораторная работа 2 классы точности средств измерений

• Название: Лабораторная работа 2 классы точности средств измерений
• Дата: 11.09.2021
• Размер: 54.97 Kb.
• Имя файла: Лабораторные.docx
• Тип: Лабораторная работа; #231496

Лабораторная работа №2

КЛАССЫ ТОЧНОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ


ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомиться с основными метрологическими характеристиками средств измерения и различными способами выражения классов точности.

ЗАДАНИЕ Отсчет по равномерной шкале прибора с нулевой отметкой и предельным значением Хк (мм) составил Х (мм). Пренебрегая другими видами погрешностей, оценить пределы допускаемой абсолютной погрешности, согласно условию заданного варианта.

№ варианта	Х (мм)	Хк (мм)	c/d	γ (%)	δ (%)
9	25	50	0,06/0,04	0,15	0,2

Для прибора с классом точности 0,06/0,04 при Х = 25 A, Хk = 50 А, с = 0,06, d = 0,04 (учитывая, что относительная погрешность выражается в процентах) получим:



Для прибора класса точности:





Для прибора класса точности 0,15, учитывая, что нормирующее Хк равно пределу измерения 50А, получаем:






КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Определить класс точности магнитоэлектрического миллиамперметра с конечным значением шкалы I_к = 0,5мА для измерения тока I = 0,1...0,5мА так, чтобы относительная δ_I погрешность измерения тока не превышала 1%

1) выражаем погрешность измерения через класс точности прибора



где γ – класс точности прибора, который следует определить.

2) вычисляем наибольшую погрешность измерения на указанном пределе измерения



3) определяем допустимый класс точности прибора


2. Определить класс точности магнитоэлектрического миллиамперметра с конечным значением диапазона измерения тока Iк = 0,5мА, если предельное значение абсолютной погрешности измерений постоянно и равно ± 0,0015мА

= 0,003
3. Перечислить основные виды нормирования погрешностей

Нормирование погрешностей средств измерений заключается в установлении предела допускаемой погрешности.

Под этим пределом понимается наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерения, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению.

Подход к нормированию погрешностей средств измерений заключается в следующем:

1. 
   в качестве норм указывают пределы допускаемых погрешностей, включающие в себя и систематические, и случайные составляющие;
   
2. 
   порознь нормируют все свойства средств измерений, влияющие на их точность.
   

Стандарт устанавливает ряды пределов допускаемых погрешностей. Этой же цели служит установление классов точности средств измерений.
4. Класс точности СИ

Класс точности – это обобщенная характеристика СИ, выражаемая пределами допускаемых значений его основной и дополнительной погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Класс точности не является непосредственной оценкой точности измерений, выполняемых этим СИ, поскольку погрешность зависит еще от ряда факторов: метода измерений, условий измерений и т.д. Класс точности лишь позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность СИ данного типа. Общие положения деления средств измерений по классу точности устанавливает ГОСТ 8.401–80.

Пределы допускаемой основной погрешности, определяемые классом точности, – это интервал, в котором находится значение основной погрешности СИ.

Классы точности СИ устанавливаются в стандартах или технических условиях. Средство измерения может иметь два и более класса точности. Например, при наличии у него двух или более диапазонов измерений одной и той же физической величины ему можно присваивать два или более класса точности. Приборы, предназначенные для измерения нескольких физических величин, также могут иметь различные классы точности для каждой измеряемой величины.


5. Нормирование метрологических характеристик СИ

Нормирование метрологических характеристик средств измерений и заключается в установлении границ для отклонений реальных значений параметров средств измерений от их номинальных значений.

Каждому средству измерений приписываются некоторые номинальные характеристики. Действительные же характеристики средств измерений не совпадают с номинальными, что и определяет их погрешности.

Обычно нормирующее значение принимают равным:

1. 
   большему из пределов измерений, если нулевая отметка расположена на краю или вне диапазона измерения;
   
2. 
   сумме модулей пределов измерения, если нулевая отметка расположена внутри диапазона измерения;
   
3. 
   длине шкалы или ее части, соответствующей диапазону измерения, если шкала существенно неравномерна (например, у омметра);
   
4. 
   номинальному значению измеряемой величины, если таковое установлено (например, у частотомера с номинальным значением 50 Гц);
   
5. 
   модулю разности пределов измерений, если принята шкала с условным нулем (например, для температуры), и т.д.
   

Чаще всего за нормирующее значение принимают верхний предел измерений данного средства измерений.

Отклонения параметров средств измерений от их номинальных значений, вызывающие погрешность измерений, не могут быть указаны однозначно, поэтому для них должны быть установлены предельно допускаемые значения.

Указанное нормирование является гарантией взаимозаменяемости средств измерений.

Лабораторная работа №3

ПРЯМЫЕ ОДНОКРАТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Ознакомиться с основными видами измерений, научиться оценивать результаты прямых однократных измерений и погрешности измерений.

ЗАДАНИЕ. Найти результат и оценить погрешность однократного измерения. Выполнено однократное измерение напряжения их на участке электрической цепи (рис. 3.1) сопротивлением R вольтметром заданного класса точности, верхнего предела измерений и V и имеющего сопротивления R_V.

Условия измерения: дополнительные погрешности показаний СИ из-за влияния магнитного поля и температуры не превышает соответственно δ_иП = ±х% и δ_Т = ± у% допускаемой предельной погрешности. Найти результат и погрешность измерения.

№ варианта	Входное сопротивление эл. цепи, R, Ом	Класс точности вольтметра	Верхний предел измерений, uV, В	Сопротивление вольтметра, RV, Ом	δиП = ±х% %	δТ = ± у% %	Показание вольтметра, u, В
9	4	1,5	2,5	1100	0,75	0,3	1,1

Предел допускаемой относительной погрешности вольтметра на отметке составляет:



(%)

При подсоединении вольтметра исходное напряжение изменится из-за наличия внутреннего сопротивления вольтметра и составит:



Тогда относительная методическая погрешность, обусловленная конечным значением , будет равна:





Данная методическая погрешность является систематической составляющей погрешности измерения и должна быть внесена в результат в виде поправки или в абсолютной форме:





Тогда результат измерения с учетом поправки:



Поскольку основная и дополнительная погрешности заданы своими граничными значениями, они могут рассматриваться как не исключенные систематические погрешности (НСП).

При оценке границ НСП в соответствии с ГОСТ 8.207-76 их рассматривают как случайные величины, распределенные по равномерному закону. Тогда границы НСП результата измерения можно вычислить по формуле:



При доверительной вероятности P = 0,95 коэффициент k = 1,1.

%

А в абсолютной форме:





Ввиду того, что ( , окончательный результат записывается в виде:




КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основные виды измерений

Можно выделить следующие виды измерений.

1) По характеру зависимости измеряемой величины от времени методы измерений подразделяются на:

• 
  статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;
  
• 
  динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.
  

2) По способу получения результатов измерений (виду уравнений измерений) методы измерений разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

При прямом измерении искомое значение величины находят непо­средственно из опытных данных (например, измерение диаметра штан­генциркулем).

При косвенном измерении искомое значение величины определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

Совместными называют измерения двух или нескольких не одноименных величин, производимые одновременно с целью нахождения функциональной зависимости между величинами (например, зависимости длины тела от температуры).

Совокупные – это такие измерения, в которых значения измеряемых величин находят по данным повторных измерений одной или нескольких одноименных величин (при различных сочетаниях мер или этих величин) путем решения системы уравнений.

3) По условиям, определяющим точность результата измерения, мето­ды делятся на три класса.

Измерении максимально возможной точности (например, эталонные измерения), достижимой при существующем уровне техники.

Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторое заданное значение.

Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерения.

4) По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютное измерение основано на прямых измерениях величины и (или) использования значений физических констант.

При относительных измерениях величину сравнивают с одноименной, играющей роль единицы или принятой за исходную (например, измерение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика).

5) В зависимости от совокупности измеряемых параметров изделия различают поэлементный и комплексный методы измерения.

Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности (например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала).

Комплексный метод характеризуется измерением суммарного пока­зателя качества (а не физической величины), на который оказывают влияние отдельные его составляющие (например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.).
2. Принципы обработки результатов прямых однократных измерений

Прямыми называют измерения, результат которых находят непосредственно из эксперимента.

К однократным относят измерения, результаты которых получают, проводя измерительный эксперимент один раз. Обработку результатов прямых измерений выполняют в соответствии с МИ 1552 – 86 ГСИ «Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей результатов измерений».

При выполнении однократных измерений за результат измерения следует принять показания прибора А или исправленный результат Ā, если в ходе обработки результата были внесены поправки.

Оценку погрешности результата измерения получают, используя сведения о погрешностях, вносимых средством измерения, методом измерения и оператором.

Погрешности средства измерения (инструментальные составляющие погрешности) определяют, используя метрологические характеристики, указанные в нормативно-технической документации (НТД) с учетом условий, в которых выполняется измерительный эксперимент.

Погрешность метода (методическая составляющая погрешности) должна быть определена в НТД на используемую методику выполнения измерений.

Погрешность оператора (субъективная составляющая погрешности) определяется личными качествами оператора и отчетным устройством средства измерения (для приборов с цифровым отчетным устройством погрешность оператора принимается равной нулю).

Если случайной погрешностью по сравнению с неисключенными систематическими погрешностями можно пренебречь, то погрешность результата измерения Δ_Σ представляют, при наличии не более трех неисключенных составляющих, заданных своими границами ±Δ_i, равной арифметической сумме этих составляющих



При наличии более трех составляющих, заданных границами ±Δ_i, погрешность результата представляют доверительной границей Δ_Σ(Р_д), вычисляемой по формуле:



где Р_д - доверительная вероятность, принимаемая, кроме особых случаев, равной 0,95;

m – коэффициент, определяемый принятой доверительной вероятностью и числом i составляющих погрешностей.

При Р_д = 0,95 коэффициент m = 1,11. Для других случаев m находят по ГОСТ 8.207 – 76.

Погрешность результата при необходимости учета случайной погрешности или (и) при наличии нескольких неисключенных систематических составляющих погрешностей, заданных доверительными границами, оценивают в соответствии с требованиями МИ 1554-86.
3. Классификация измерений

Классификация средств измерений может проводиться по следующим критериям.

1. По характеристике точности измерения делятся на равноточные и неравноточные.

Равноточными измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерений (СИ), обладающих одинаковой точностью, в идентичных исходных условиях.

Неравноточными измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерения, обладающих разной точностью, и (или) в различных исходных условиях.

2. По количеству измерений измерения делятся на однократные и многократные.

Однократное измерение – это измерение одной величины, сделанное один раз. Однократные измерения на практике имеют большую погрешность, в связи с этим рекомендуется для уменьшения погрешности выполнять минимум три раза измерения такого типа, а в качестве результата брать их среднее арифметическое.

Многократные измерения – это измерение одной или нескольких величин, выполненное четыре и более раз. Многократное измерение представляет собой ряд однократных измерений. Минимальное число измерений, при котором измерение может считаться многократным, – четыре. Результатом многократного измерения является среднее арифметическое результатов всех проведенных измерений. При многократных измерениях снижается погрешность.

3. По типу изменения величины измерения делятся на статические и динамические.

Статические измерения – это измерения постоянной, неизменной физической величины. Примером такой постоянной во времени физической величины может послужить длина земельного участка.

Динамические измерения – это измерения изменяющейся, непостоянной физической величины.

4. По предназначению измерения делятся на технические и метрологические.

Технические измерения – это измерения, выполняемые техническими средствами измерений.

Метрологические измерения – это измерения, выполняемые с использованием эталонов.

5. По способу представления результата измерения делятся на абсолютные и относительные.

Абсолютные измерения – это измерения, которые выполняются посредством прямого, непосредственного измерения основной величины и (или) применения физической константы.

Относительные измерения – это измерения, при которых вычисляется отношение однородных величин, причем числитель является сравниваемой величиной, а знаменатель – базой сравнения (единицей). Результат измерения будет зависеть от того, какая величина принимается за базу сравнения.

6. По методам получения результатов измерения делятся на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения – это измерения, выполняемые при помощи мер, т. е. измеряемая величина сопоставляется непосредственно с ее мерой. Примером прямых измерений является измерение величины угла (мера – транспортир).

Косвенные измерения – это измерения, при которых значение измеряемой величины вычисляется при помощи значений, полученных посредством прямых измерений, и некоторой известной зависимости между данными значениями и измеряемой величиной.

Совокупные измерения – это измерения, результатом которых является решение некоторой системы уравнений, которая составлена из уравнений, полученных вследствие измерения возможных сочетаний измеряемых величин.

Совместные измерения – это измерения, в ходе которых измеряется минимум две неоднородные физические величины с целью установления существующей между ними зависимости.
4. При измерении размера были следующие источники погрешности измерений: средства измерений ∆си = ±0,05 мм, отсчета оператора ∆оп = ±0,01 мм. Определите реальную погрешность измерения.

а) ∆ = ± 0,1 мм;

б) ∆ = ± 0,12 мм;

в) ∆ = ± 0,05 мм;

г) ∆ = ± 0,06 мм.

Реальная погрешность измерения Δ складывается из погрешностей средства измерения Δ_СИ и отсчета оператора Δ_ОП.

Δ = Δ_ОП + Δ_СИ = 0,05 + 0,01 = 0,06;

Реальная погрешность измерения Δ = ±0,06 мм.
5. В процедуру обработки однократных измерений не входит операция:

а) нахождения среднего квадратического отклонения результата измерения

б) определения числового значения собственного результата измерения

в) нахождения показателей точности измерения

г) выбора формы представления окончательного результата